Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54042 МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ MOLECULAR BIOPHYSICS AND PHYSICS OF BIOMOLECULES МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ CHIRAL DUALISM AS A SYSTEM FACTOR IN MOLECULAR BIOLOGY ХИРАЛЬНЫЙ ДУАЛИЗМ КАК СИСТЕМНЫЙ ФАКТОР В МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ Твердислов В А Tverdislov V A tverdislov@mail.ru Малышко Е В Malyshko E V Жулябина О А Zhulyabina O A Ильченко С А Ilchenko S A Яковенко Л В Yakovenko L V ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова» ru M.V. Lomonosov Moscow State University ru ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова» ru M.V. Lomonosov Moscow State University ru ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова» ru M.V. Lomonosov Moscow State University ru ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова» ru M.V. Lomonosov Moscow State University ru ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова» ru M.V. Lomonosov Moscow State University ru 25 06 2016 25 06 2016 1 1 254 258 20 06 2016 20 06 2016 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54042/view

Обосновывается модель знакопеременной хиральной периодичности в иерархиях структур белков и нуклеиновых кислот, а также хиральных соответствий при взаимодействиях макромолекул одинаковых и разных классов. Выявлено закономерное чередование знака хиральности D-L-D-L при переходе на более высокий уровень структурно-функциональной организации ДНК (первичной структурой назначается полимерная цепь дезоксирибозы), а также смены знака xиpальноcти в иерархии белковых структур L-D-L-D. Хиральная противофазность белков и ДНК формирует базовый структурный блок молекулярной биологии как ахиральный инвариант, позволяющий реализовать хиральные мотивы при взаимодействиях молекул одинаковых и разных классов с помощью взаимодействий конкретных химических групп. Перспективы практического применения развиваемого подхода связаны с моделированием взаимодействия хиральных лекарственных веществ с макромолекулами-мишенями, а также с подбором хиральных криопротекторов в методиках, связанных с криоконсервацией биоматериалов.

A model for chiral periodicity with alternating chiral sense in hierarchies of protein and nucleic acid structures is proposed and substantiated. The model describes also chiral conformities in interactions of macromolecules of the same or different types. Regular alternation of the chirality sense is revealed in transitions from the lowest to higher levels of structural-functional organisation both in DNA molecules where it is D-L-D-L (the stucture of the deoxyribose polymeric chain is taken to be the primary structure), and in proteins where it is shifted in chiral phase to L-D-L-D. Such cross-chiral (antiphase) correspondence between proteins and DNAs forms the basic structural unit of molecular biology as an achiral invariant allowing to realise chiral motifs in the interactions of molecules of same or different classes through interactions of specific chemical groups. Prospects of practical application of the approach developed here is related to the modelling of the interaction of chiral drugs with macromolecular targets as well as with the selection of chiral cryoprotectants in the methods associated with the cryopreservation of biomaterials.

 хиральность нуклеиновые кислоты белки иерархии структур chirality nucleic acids proteins structural hierarchies

Твеpдиcлов В.А., Cидоpова А.Э., Яковенко Л. В. Биофизика, 2012, т. 57, № 1, c. 146. [Tverdislov V.A., Sidorova A.E., Yakovenko L.V. Biofizika, 2012, vol. 57, no. 1, p. 146. (In Russ.)] Tvepdiclov V.A., Cidopova A.E., Yakovenko L. V. Biofizika, 2012, t. 57, № 1, c. 146. [Tverdislov V.A., Sidorova A.E., Yakovenko L.V. Biofizika, 2012, vol. 57, no. 1, p. 146. (In Russ.)] Твердислов В.А. Биофизика, 2013, т. 58, № 1, c. 159. [Tverdislov V.A. Biofizika, 2013, vol. 58, no. 1, p. 159. (In Russ.)] Tverdislov V.A. Biofizika, 2013, t. 58, № 1, c. 159. [Tverdislov V.A. Biofizika, 2013, vol. 58, no. 1, p. 159. (In Russ.)] Твердислов В.А., Малышко Е.В., Ильченко С.А. От автоволновых механизмов самоорганизации к молекулярным машинам. Известия РАН. Серия физическая, т. 79, № 3, с. 1728-1732. [Tverdislov V.A., Malyshko E.V., Ilchenko S.A. From Autowave Mechanisms of Self-Assembly to Molecular Machines. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya, vol. 79, no. 3, pp. 1728-1732. (In Russ.)] Tverdislov V.A., Malyshko E.V., Il'chenko S.A. Ot avtovolnovyh mehanizmov samoorganizacii k molekulyarnym mashinam. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya, t. 79, № 3, s. 1728-1732. [Tverdislov V.A., Malyshko E.V., Ilchenko S.A. From Autowave Mechanisms of Self-Assembly to Molecular Machines. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya, vol. 79, no. 3, pp. 1728-1732. (In Russ.)] Блюменфельд Л.А. Решаемые и нерешаемые проблемы биологической физики. М.: Едиториал УРСС, 2002, 160 с. [Blyumenfeld L.A. Solvable and unsolvable problems of biological physics. Editorial URSS, 2002, 160 p. (In Russ.)] Blyumenfel'd L.A. Reshaemye i nereshaemye problemy biologicheskoy fiziki. M.: Editorial URSS, 2002, 160 s. [Blyumenfeld L.A. Solvable and unsolvable problems of biological physics. Editorial URSS, 2002, 160 p. (In Russ.)] Чеpнавcкий Д.C. Проблема происхождения жизни и мышления с точки зрения современной физики. Уcпеxи физ. наук, 2000, т. 170, № 2, c. 157. [Chernavskii D.S. The origin of life and thinking from the viewpoint of modern physics. Phys. Usp., 2000, vol. 43, pp. 151-176. (In Russ.)] Chepnavckiy D.C. Problema proishozhdeniya zhizni i myshleniya s tochki zreniya sovremennoy fiziki. Ucpexi fiz. nauk, 2000, t. 170, № 2, c. 157. [Chernavskii D.S. The origin of life and thinking from the viewpoint of modern physics. Phys. Usp., 2000, vol. 43, pp. 151-176. (In Russ.)] Уэй Т. Физические основы молекулярной биологии. (Пер. с англ.) Долгопрудный: Издат. дом “Интеллект”, 2010, 368 с. [Waigh T. Physical foundations of molecular biology. Dolgoprudnyj, “Intellekt”, 2010, 368 p. (In Russ.)] Uey T. Fizicheskie osnovy molekulyarnoy biologii. (Per. s angl.) Dolgoprudnyy: Izdat. dom “Intellekt”, 2010, 368 s. [Waigh T. Physical foundations of molecular biology. Dolgoprudnyj, “Intellekt”, 2010, 368 p. (In Russ.)] Финкельштейн А.В., Птицын О.Б. Физика белка: Курс лекций с цветными и стереоскопическими иллюстрациями и задачами. 3е изд., испр. и доп. М.: КДУ, 2005, 456 с. [Finkelshtein A.V., Ptitsyn O.B. Protein Physics: A Course of Lectures. KDU, 2005, 456 p. (In Russ.)] Finkel'shteyn A.V., Pticyn O.B. Fizika belka: Kurs lekciy s cvetnymi i stereoskopicheskimi illyustraciyami i zadachami. 3e izd., ispr. i dop. M.: KDU, 2005, 456 s. [Finkelshtein A.V., Ptitsyn O.B. Protein Physics: A Course of Lectures. KDU, 2005, 456 p. (In Russ.)] Lupas A., Gruber M. The structure of a-helical coiled coils. Adv Protein Chem., 2005, vol. 70, pp. 37-78. Lupas A., Gruber M. The structure of a-helical coiled coils. Adv Protein Chem., 2005, vol. 70, pp. 37-78. Yu Y.B., Coiled-coils: stability, specificity, and drug delivery potential. Advanced Drug Delivery Reviews, 2002, vol. 54, pp. 1113-1129. Yu Y.B., Coiled-coils: stability, specificity, and drug delivery potential. Advanced Drug Delivery Reviews, 2002, vol. 54, pp. 1113-1129. Moutevelis E., Woolfson D. A Periodic Table of Coiled-Coil Protein Structures. J. Mol. Biol., 2009, vol. 385, pp. 726-732. Moutevelis E., Woolfson D. A Periodic Table of Coiled-Coil Protein Structures. J. Mol. Biol., 2009, vol. 385, pp. 726-732. Testa O.D., Moutevelis E., Woolfson D.N. CC+: a relational database of coiled-coil structures. Nucleic Acids Res., 2009, vol. 37, pp. D315-D322. Testa O.D., Moutevelis E., Woolfson D.N. CC+: a relational database of coiled-coil structures. Nucleic Acids Res., 2009, vol. 37, pp. D315-D322. Berman H.M., Westbrook J., Feng Z., Gilliland G., Bhat T.N., Weissig H., Shindyalov I.N., Bourne P.E. The Protein Data Bank. Nucleic Acids Research, 2000, vol. 28, pp. 235-242. Berman H.M., Westbrook J., Feng Z., Gilliland G., Bhat T.N., Weissig H., Shindyalov I.N., Bourne P.E. The Protein Data Bank. Nucleic Acids Research, 2000, vol. 28, pp. 235-242. Cooper G.M. The Cell: A Molecular Approach, 2nd ed. Washington: ASM Press, 2000. Cooper G.M. The Cell: A Molecular Approach, 2nd ed. Washington: ASM Press, 2000. Lodish H., Berk A., Zipursky S.L. [et al.] Molecular Cell Biology. 4th edition. New York: W.H. Freeman; 2000. Lodish H., Berk A., Zipursky S.L. [et al.] Molecular Cell Biology. 4th edition. New York: W.H. Freeman; 2000. Tamura K. Molecular basis for chiral selection in RNA aminoacylation. Int. J. Mol. Sci., 2011, vol. 12, pp. 4745-4757. Tamura K. Molecular basis for chiral selection in RNA aminoacylation. Int. J. Mol. Sci., 2011, vol. 12, pp. 4745-4757. Sczepanski J.T., Joyce G.F. A cross-chiral RNA polymerase ribozyme. Nature, 2014, vol. 515, no. 7527, pp. 440-442. Sczepanski J.T., Joyce G.F. A cross-chiral RNA polymerase ribozyme. Nature, 2014, vol. 515, no. 7527, pp. 440-442. Твердислов В.А., Яковенко Л.В., Ивлиева А.А., Твердислова И.Л. Ионная и хиральная асимметрии как физические факторы биогенеза и онтогенеза. Вестник московского университета. Серия 3. Физика, Астрономия, 2011, № 2, с. 3-13. [Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Ivlieva A.A., Tverdislova I.L. Ionic and chiral asymmetries as physical factors of biogenesis and ontogenesis. Vestnik Moskovskogo Universiteta. Seriya 3. Fizika, Astronomiya, 2011, no. 2, pp. 3-13. (In Russ.)] Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Ivlieva A.A., Tverdislova I.L. Ionnaya i hiral'naya asimmetrii kak fizicheskie faktory biogeneza i ontogeneza. Vestnik moskovskogo universiteta. Seriya 3. Fizika, Astronomiya, 2011, № 2, s. 3-13. [Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Ivlieva A.A., Tverdislova I.L. Ionic and chiral asymmetries as physical factors of biogenesis and ontogenesis. Vestnik Moskovskogo Universiteta. Seriya 3. Fizika, Astronomiya, 2011, no. 2, pp. 3-13. (In Russ.)]